[发明专利]一种多晶硅还原调功电源及其电气控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅还原调功电源及控制系统，具体说是一种60对棒多晶硅还原调功电源及其电气控制系统。

背景技术

由于多晶硅行业属于高能耗行业，因此，如何降低多晶硅生产的成本已经成为多晶硅行业发展的的重点。增加多晶硅还原炉的硅棒对数是目前经常采用的方法。但目前多晶硅还原调功电源及其电气控制系统存在以下缺点：一是，为了提高产能目标，但由于技术的缺陷，并未采用提高还原炉中的硅棒对数，而是通过增加还原调功电源的数量来提高企业的产能。多晶硅生产属于高能耗行业，简单的增加还原调功电源的数量势必会导致更大的成本；二是，众多企业的DSP控制系统还是采用普通控制方式，全程功率因数较低，谐波污染大；三是，DSP控制系统检测到某相硅棒瞬间出现较大裂纹时，此时控制系统检测到电流反馈骤减，为了维持当前的电流给定值，DSP控制系统会在毫秒级时间将脉冲退回电压最高档，而此时电压最高档的晶闸管功率器件电流等级最小，瞬间的较大电流就会损坏当前电流等级较小的晶闸管功率器件。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明公开一种多晶硅还原调功电源及其电气控制系统，旨在提供一种新的调功电源和控制系统，以期可以提高多晶硅企业的产能，降低企业多晶硅的生产成本，防止DSP控制系统出现脉冲退档烧毁晶闸管功率器件。

为此，本发明采用如下技术方案。

本发明主要针对60对多晶硅棒； 

一、60对棒多晶硅还原调功电源构成：

包括一台变压器、三台功率柜、三台隔离柜、一台控制柜；

所述变压器，原边连接三相电网，副边分别连接至三台功率柜，为功率柜提供电源； 

所述功率柜，其输入与变压器的输出连接，其输出分别与隔离柜的输入连接；每台功率柜包括三组电源，1组为4对硅芯供电，另2组各为8对硅芯供电；三台调功柜共9组电源对60对硅芯供电；

通过DSP控制器控制脉冲触发每组电源中的晶闸管功率器件，从而实现对还原炉内的硅芯加热；

所述隔离柜，每台隔离柜包括3个2极断路器、2个4极接触器，3个5极接触器，共8个开关。隔离柜开关输入与功率柜的输出连接，输出连接至还原炉底的硅芯；以上开关根据不同的硅芯生长阶段互相连锁，由控制柜统一控制；

所述控制柜，包括DSP控制器和PLC单元，实现集中监控还原调功变压器、功率柜以及隔离柜内的所有开关量和模拟量信号；

功率柜和隔离柜以及变压器每一相一一对应，进出线母排相互靠近；

还原调功电源的电气设计如下；

三相电与60对多晶硅棒对应关系是：三相电A、B、C中每相对应20对多晶硅芯；再将每相20对多晶硅芯分为4对、8对、8对三路，即第1路为4对多晶硅芯，第2路为8对多晶硅芯，且第2路分为两组，每组各4对多晶硅芯；第3路与第2路相同；其中运行方式是：第1路单独运行，第2路的两组，在硅芯生长的前期两组并联运行，分别由两组电源供电，当电流、电压达到一定值时，再将两组并联运行切换为8对多晶硅芯串联运行，并由一组电源供电，直至全部多晶硅芯生长完成；第3路与第2路的运行相同。

二、还原调功电源的电气控制系统

电气控制系统，包括：DSP控制器和PLC单元，其中， 

DSP控制器通过电流闭环控制算法驱动输出脉冲触发晶闸管功率器件，其主要功能是通过信号采集，实现电流闭环，形成晶闸管功率器件触发脉冲，控制功率柜每相各档位叠层平滑输出，见图2所示；

PLC单元包括电源模块、CPU模块、通信模块以及信号模块；PLC单元工作过程为与上位机主站进行通讯、与DSP控制器进行通讯，接收开关和模拟量信号以及输出各开关、模拟量以及故障信号等；

西门子S7-300系列逻辑控制系统，有运行可靠，编程功能强等特点，与DSP控制器采用MODBUS总线方式通讯实现协同控制，发送给定信号给DSP控制器。PLC对隔离柜内的开关实现软件互锁控制，接收隔离柜内各开关状态、调功功率柜的电压电流、熔断保护单元故障信号等功能，如图4所示。

如图5所示，PLC与DSP控制器协同控制的具体方式为：

1)PLC单元接收电流给定值，并初始化档位值；

2)判断电流给定值是否满足条件，并向DSP控制器发送电流给定值和档位信号；

3)DSP控制器通过触发脉冲驱动功率柜晶闸管工作，并向PLC单元提供每相当前档位反馈以及控制角反馈；

4)PLC单元通过判定电流给定值以及每相当前档位反馈以及控制角反馈，控制输出档位信号并发送给DSP控制器，实现协同控制脉冲输出；